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2014 年度 実績報告書

次世代型4次元画像誘導放射線治療のための高精度リアルタイム適応追尾照射法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25293258
研究機関東北大学

研究代表者

本間 経康  東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (30282023)

研究分担者 高井 良尋  弘前大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50107653)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード放射線治療 / 画像計測 / 制御工学
研究実績の概要

放射線治療において,肺腫瘍などの動態の連続追尾照射によりduty cycle増大,局所制御率向上と副作用低減を実現するための必須要素技術である,腫瘍位置の画像計測法と位置変動予測法の性能改善を行い,その確度と精度を評価・検証した。具体的な成果は以下の通りである。

1.治療用ビームによる腫瘍位置のマーカレス画像計測法の開発・性能評価:治療用のMV-X線ビームを用いた透視撮影による腫瘍位置のマーカレス画像計測法を開発した。また,ファントムならびに臨床データを用いて性能評価・検証を行った。
2.MV-X線透視撮影を併用した3次元計測法の開発・性能評価:治療用MV-X線による透視撮影と,それとは直交する面の撮影用kV-X線透視撮影との併用によって,腫瘍位置変動を3次元画像計測するシステムを開発した。また,ファントムデータを用いた計測実験を行い,開発したシステムの性能評価・検証を行った。
3.X線透視による腫瘍輪郭追跡法の開発・性能評価:腫瘍位置変動だけでなく,腫瘍形状変化も計測可能な輪郭追跡法を新たに開発した。また,ファントムならびに臨床データを用いて性能評価・検証を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当該年度の研究計画のうち,治療用ビームによる腫瘤位置のマーカレス画像計測法開発は,位置変動だけでなく,予測型画像誘導照射制御システムに有用な,形状変化(変形)まで追跡可能な計測法を開発するなど,計画以上の進展があった。また,治療用X線と撮影用X線の併用による3次元透視計測法の開発もほぼ計画通り進展した。一方,予測型画像誘導法の開発については,計測法の開発に時間を費やしたこともあり,計画通りには進展しなかった。以上より,3つの研究計画のうち,1つは計画以上の進展,1つは計画通り,残る1つは計画よりやや遅れた。
これらを総合して,概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

当該年度の研究計画で遅れが生じた予測型画像誘導法の開発については,実機の制御工学的モデル化手法の検討が進んだため,計画よりも一般化された解析が可能であることが分かった。次年度においては,この利点を生かし,実機に依存しないより一般的な予測型誘導法の開発が達成可能であると判断される。
また,その他の計画についても,おおむね計画通りの目標達成が可能である。

次年度使用額が生じた理由

予測型画像誘導照射システムの構築用に,実装用計算機ならびに制御ソフトウェアを導入予定であったが,実機のシステム同定など構築準備が遅れたことにより購入できなかったため。また,発表を予定していた一部の成果について,知財出願の関係から投稿を遅らせたことにより掲載料の一部が執行できなかったため。

次年度使用額の使用計画

実装用計算機ならびに制御ソフトウェアについては購入準備が整ったため,次年度速やかに執行する。また,投稿を遅らせた論文も採択されたため,掲載料も次年度速やかに執行する計画である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 3件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] A Fast Neural Network Approach to Predict Lung Tumor Motion during Respiration for Radiation Therapy Applications2015

    • 著者名/発表者名
      Ivo Bukovsky, Noriyasu Homma, Kei Ichiji, Matous Cejnek, Matous Slama, PeterM. Benes, and Jiri Bila
    • 雑誌名

      BioMed Research International

      巻: 2015 ページ: 1-13

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 肺腫瘍追跡のためのX線画像シーケンスの混合正規分布モデル近似に基づく対象輝度成分抽出2015

    • 著者名/発表者名
      澁澤直樹, 市地慶, 張曉勇, 本間経康, 高井良尋, 吉田裕輔, 吉澤誠
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: MI2014-110 ページ: 277-282

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A kernel-based method for markerless tumor tracking in kV fluoroscopic images2014

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyong Zhang, Noriyasu Homma, Kei Ichiji, Makoto Abe, Norihiro Sugita, Yoshihiro Takai, Yuichiro Narita, and Makoto Yoshizawa
    • 雑誌名

      Physics in Medicine and Biology

      巻: 59 ページ: 4897-4911

    • DOI

      10.1088/0031-9155/59/17/4897

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 安全で正確な追尾照射が拓く次世代放射線治療~医工連携開発の例2015

    • 著者名/発表者名
      本間経康
    • 学会等名
      アカデミアから始まる医療機器開発
    • 発表場所
      TKP東京駅大手町カンファレンスセンター(東京都千代田区)
    • 年月日
      2015-02-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 放射線治療のための混合正規分布モデルを用いた X 線透視画像シーケンスからの腫瘍輝度成分の抽出・強調2014

    • 著者名/発表者名
      澁澤直樹, 市地慶, 張曉勇, 本間経康, 髙井良尋, 吉澤誠
    • 学会等名
      計測自動制御学会 東北支部50周年記念学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2014-12-11
  • [学会発表] X 線透視画像を用いた特徴点ベースのマーカレス腫瘍位置計測法2014

    • 著者名/発表者名
      吉田裕輔, 市地慶, 張曉勇, 本間経康, 髙井良尋, 澁澤直樹, 吉澤誠
    • 学会等名
      計測自動制御学会 東北支部50周年記念学術講演会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2014-12-11
  • [学会発表] 尾放射線治療における X 線透視画像を用いた腫瘍位置計測法2014

    • 著者名/発表者名
      吉田裕輔, 市地慶, 張曉勇, 本間経康, 髙井良尋, 澁澤直樹, 吉澤誠
    • 学会等名
      第48回 日本生体医工学会 東北支部大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2014-12-06
  • [学会発表] 放射線治療のための X 線透視画像シーケンスからの腫瘍輝度成分の分離2014

    • 著者名/発表者名
      澁澤直樹, 市地慶, 張曉勇, 本間経康, 髙井良尋, 吉澤誠
    • 学会等名
      第48回 日本生体医工学会 東北支部大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2014-12-06
  • [学会発表] A Region-Scalable Level Set Method for Tracking Tumor in Megavoltage X-Ray Image Sequences2014

    • 著者名/発表者名
      Xiaoyong Zhang, Noriyasu Homma, Kei Ichiji, Yoshihiro Takai, Makoto Yoshizawa
    • 学会等名
      第48回日本生体医工学会東北支部大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2014-12-06
  • [学会発表] 汎用機によるリアルタイム腫瘍追尾放射線治療技術開発の試み2014

    • 著者名/発表者名
      本間経康
    • 学会等名
      がんプロフェッショナル要請基盤推進プラン 東海大学・慶應義塾大学連携事業,医学物理シンポジウム
    • 発表場所
      株式会社メディコントレーニングセンター(東京都港区)
    • 年月日
      2014-11-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Markerless image-guided tumor following techniques for real-time conformable radiation therapy2014

    • 著者名/発表者名
      Noriyasu Homma
    • 学会等名
      Forum for Nuclear Cooperation in Asia FY2014 Workshop on Radiation Oncology
    • 発表場所
      Hirosaki University, Japan
    • 年月日
      2014-11-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Tracking Tumor’s Boundary in MV Image Sequences for Image-Guided Radiation Therapy2014

    • 著者名/発表者名
      X. Zhang, N. Homma, Y. Narita, Y. Takai, K. Ichiji, M. Abe, N. Sugita, M. Yoshizawa
    • 学会等名
      AAPM Annual Meeting
    • 発表場所
      Austin, USA
    • 年月日
      2014-07-24
  • [学会発表] Study of Learning Entropy for Novelty Detection in Lung Tumor Motion Prediction for Target Tracking Radiation Therapy2014

    • 著者名/発表者名
      Ivo Bukovsky, Noriyasu Homma, Matous Cejnek, Kei Ichiji
    • 学会等名
      IEEE World Congress on Computational Intelligence 2014
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2014-07-10
  • [産業財産権] 画像処理装置,画像処理方法,及び,画像処理プログラム2015

    • 発明者名
      本間経康 他8名
    • 権利者名
      本間経康 他8名
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2015/60275
    • 出願年月日
      2015-03-31
    • 外国

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公開日: 2016-06-01  

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